 |
Типы и устройство ледников
|
|
|
|
Ледники - это стационарные устройства для охлаждения и краткосрочного хранения продуктов с запасом льда на весь сезон.
Ледник имеет холодильные камеры, помещения для льда и вспомогательные помещения. Помещения для льда по отношению к холодильной камере располагают по-разному. Поэтому различают ледники с нижним, верхним и боковым расположением льда.
Ледники с нижним расположением льда являются самыми примитивными и несовершенными холодильными устройствами, и поэтому данный тип ледников нерационален.
В ледниках с верхним расположением льда обеспечивается хорошая циркуляция воздуха и отвод талой воды. Холодный воздух опускается в камеру с продуктами, откуда вытесняет отеплившийся воздух, который направляется вверх, где охлаждается льдом. Вода от тающего льда стекает по отводящей трубе.
Этот тип ледников имеет много существенных недостатков. Основные из них: неудобство набивки льдом; необходимость устройства прочного перекрытия, способного удерживать всю массу льда; возможность конденсации на перекрытии влаги из воздуха, которая потом попадает на продукты.
Наиболее совершенны в техническом отношении и удобны в эксплуатации ледники с боковым расположением льда.
Ледник с боковым расположением льда представляет (рис. 1) собой наземное устройство. Камеры для продуктов в нем расположены рядом с льдохранилищем и отделены от него изолированной стеной с отверстиями внизу и вверху для циркуляции воздуха.
Вода от тающего льда отводится посредством устроенных в полу скатов и приямка с трубой, снабженной на конце гидравлическим затвором, который препятствует проникновению в ледник наружного теплого воздуха.
|
|
|
В холодильной камере осуществляется естественная циркуляция воздуха, вследствие разности его плотности 
по высоте камеры. Охлажденный от соприкосновения с поверхностью льда воздух опускается к полу льдохранилища, откуда через нижний ряд отверстий в стене, отделяющей льдохранилище от камеры с продуктами, поступает в нее. В камере воздух отепляется и поднимается к потолку, откуда через верхний ряд отверстий в разделяющей стене переходит в льдохранилище для охлаждения. При этом разность температур отеплившегося и холодного воздуха составляет около 5°С, скорость его движения в нижних отверстиях перегородки в среднем около 0,15 м/с.
При нормальной эксплуатации ледника, благодаря сравнительно хорошей циркуляции воздуха температура в камере почти постоянна в течение всего сезона (в среднем около 6°С), чего достаточно для кратковременного хранения большинства продуктов.
В ледниках с боковым расположением льда хорошие и санитарные условия хранения.
Основные недостатки этого типа ледников - относительно высокие первоначальные затраты на сооружение и большой расход строительных и изоляционных материалов. Объясняется это тем, что размеры льдохранилища в несколько раз больше размеров холодильных камер для продуктов.
Рис.1. Ледник с боковым расположением льда:
А - отделение для льда; Б - камера для продуктов; В - тамбур;
1 - отверстия для поступления в камеру охлажденного воздуха, 2 - отверстия для возврата отеплявшегося воздуха, 3 - отвод воды от тающего льда, 4 - накатник, 5 - люк для загрузки льда.
Расчет ледников
Расчет ледника состоит главным образом в определении расхода за сезон льда и объема помещения для него.
Когда выбран тип ледника и определены количество и размеры камер для продуктов, составляют предварительный эскиз сооружения. Объем помещения для льда принимают: в ледниках с нижним и верхним расположением льда в 1,5-2 раза больше объема продуктовых камер, а в ледниках с боковым расположением льда - в 4-5 раз. Помещение для льда в ледниках последнего типа (для создания необходимого напора холодного воздуха) делают примерно в полтора раза выше камер для продуктов. Затем производят калорический расчет, которым определяют общий расход холода за весь охладительный сезон. Продолжительность этого сезона устанавливается в среднем в 180 дней (с апреля по октябрь). В калорических расчетах ледников обычно принимают следующие исходные данные: температуру помещения для льда 0°С; температуру воздуха в продуктовых камерах от 4 до 6°С; среднюю температуру наружного воздуха для северной климатической зоны от 12 до 14°С, для центральной климатической зоны от 14 до 16°С и для южной от 16 до 20°С; температуру почвы соответственно от 6 до 8°С, от 8 до 10° и от 10 до 12°С.
|
|
|
Калорический расчет ледников проводят в основном таким же методом, как и холодильников с машинным охлаждением. В расчете ледников расход холода на вентиляцию камер и эксплуатационные потери принимают в размере 20-30% расхода холода на теплопередачу через ограждения и охлаждение продуктов.
Определив расход холода за сезон, подсчитывают потребное количество льда
, (1)
где G - расход льда за сезон, т;
Q - общий расход холода за сезон, кДж;
qпл - холодопроизводительность 1 кг льда (теплота его плавления), равная 335 кДж/кг.
Найденное по этой формуле количество льда увеличивают обычно на 10% для обеспечения нормальной работы ледника в конце охладительного сезона.
Определяют затем объем помещения для льда, учитывая, что оно не может быть полностью заполнено, так как при укладке льда всегда образуются пустоты около стен и под потолком. Объем помещения для льда по сравнению с объемом самого льда увеличивают на 15%. Таким образом, необходимый объем V помещения для льда (в м3)
, (2)
где 0,78 - масса 1 м3 льда при плотной укладке его блокам, т.
Льдохранилища.
Льдохранилища временного типа.
Представляют собой укрытые бунты намороженного или заготовленного из водоемов льда. Площадку под льдохранилище подготавливают также, как и перед послойным намораживанием. Форма бунта должна быть удобной для укрытия. Бунты закрывают соломенными матами, а затем засыпают тепловой изоляцией (опилки, торфяная крошка, болотный мох). Чтобы предотвратить оползание теплоизоляционного покрытия, у основания бунта по всему периметру делают откосы из изоляционного материала и ставят деревянные борта.
|
|
|
Толщина теплоизоляционного укрытия составляет 0,5-0,75 мм в северной зоне и 0,75-1,0 м в средней.
Из льдохранилища временного типа лед выкалывают в ранние утренние часы с торцевой стороны, обращенной на север. После выборки льда бунт закрывают матами и пилками.
Недостаток таких льдохранилищ – относительно большие потери от таяния льда и загрязнения укрывочными материалами. Размер потерь составляет 15-20% количества заготовленного льда для северное зоны и 20-30% для средней. В южной зоне применять такие хранилища нецелесообразно.
Льдохранилища постоянного типа.
Они представляют собой здания с ограждениями, имеющими тепловую изоляцию. Для сооружения таких хранилищ требуются большие капитальные затраты, но они во многом окупаются. Однако у нас такие льдохранилища не нашли распространения. Количество заготовленного льда должно быть значительно больше количества льда, необходимого для охлаждения, на величину потерь при его хранении, выколке, дроблении и транспортировки. Все эти потери составляют 25-40%.
Лекция 14. Применение искусственного и естественного водного льда в холодильных технологиях
Льдосоляное охлаждение
При охлаждении льдом температура воздуха в охлаждаемой части холодильного устройства может достигать не ниже 4°С. Используя лед, нетрудно получить температуры и ниже 4°С и даже ниже 0°С этой целью к дробленому льду добавляют соль и получают льдосоляную охлаждающую смесь с температурой таяния ниже 0°.
Холодильные устройства, в которых для получения холода используют такую смесь, называют устройствами льдосоляного охлаждения.
Температура таяния льдосоляной смеси и образующегося при этом рассола зависит от химического состава и содержания соли; для различных солей эта зависимость разная. Однако при увеличении содержания любой соли в смеси температура таяния понижается. Но это понижение происходит до определенного предела (криогидратной точки). Для поваренной соли такой предел наступает при концентрации 23,1%, называемой эвтектической. Температура таяния смеси в этом случае понизится до -21,2°С; дальнейшее увеличение количества соли вызовет не понижение, а повышение температуры таяния. Для соли хлористого кальция эвтектическая концентрация равна 29,9%, а соответствующая температура плавления льдосоляной смеси -55°С.
|
|
|
К устройствам с ледяным и льдосоляным охлаждением относят ледники, рассмотренные ранее, ледяные склады, холодильники с решетчатыми карманами и металлическими баками, а также холодильники с циркуляцией рассола. Известно несколько способов льдосоляного охлаждения; непосредственно смесью, рассолом, воздухом.
Ледяные склады. Ледяной склад Крылова.
Ледяной склад является холодильником, построенным из льда путем его намораживания. В таком холодильнике лед используется не только как аккумулятор холода и, следовательно, средство для охлаждения, но и как строительный материал, поскольку все основные строительные элементы здания выполнены из льда. Лед оказывается хорошим строительным материалом, если он работает на сжатие. В этих складах продукты защищаются от действия высоких температур в теплое время года и от низких температур зимой. Его преимущества: низкие капитальные затраты. Срок службы складов 5-8 лет. При строительстве склада предварительно (в теплое время года) откапывают котлован глубиной 0,8-1,2 м на площади, соответствующей размерам будущего склада. Зимой в котловане послойно намораживают ледяную плиту — фундамент. Для возведения стен и сводчатого потолка на ледяную плиту ставят опалубку и послойно намораживают лед. Боковые стены и сводчатый потолок намораживают толщиной 2 м, а торцевые и внутренние стены — до 3 м, поскольку на них опираются своды. Покрытие склада делают сводчатым (с пролетом 4-6 м), так как в арочной конструкции материал работает на сжатие. Обычно склад имеет продольный коридор, по сторонам которого находятся камеры площадью по 25-35 м2. В каждой камере может храниться до 20 т грузов.
1 – ледяной массив; 2 – тамбур; 3 – земляная насыпь; 4 – изоляция; 5 – прибор льдосоляного охлаждения; 6 – ниша приборов охлаждения; 7 – полог; 8 – камеры; 9 – коридор.
В складе Крылова изоляционный материал при укладке обильно увлажняется водой и промораживается. В теплое время года теплота, идущая от наружного воздуха к ледяному массиву, задерживается внутри промороженного изоляционного материала и целиком в нем поглощается, так как за счет этой теплоты происходит таяние льда в изоляции. Поэтому нулевая изотерма при достаточной толщине промороженного слоя изоляционного материала до конца теплого сезона не подойдет к поверхности ледяного массива, что исключает возможность теплопритока к этой поверхности, поскольку ее температура тоже 0 °С. В зимнее же время оттаявший слой изоляции вновь промерзает. Слой промороженной изоляции покрывают тонким слоем сухой изоляции, а затем дерном. Так как температура внутри склада должна быть не выше - 1...-0,5 °С, то для охлаждения применяют льдосоляную смесь. Соответствующие охлаждающие приборы устанавливают в нишах, вырубленных в стенах склада. При помощи льдосоляного охлаждения в складе может поддерживаться температура до -6 °С, а в северных районах — до -12 °С. Идею, положенную в основу работы изоляции склада Крылова, используют и для изоляции временных льдохранилищ с целью уменьшить таяние заготовленного льда.
|
|
|
Холодильники с решетчатыми карманами. В настоящее время применяют в основном один из этих способов охлаждения - льдосоляной смесью, загружаемой в специальные металлические резервуары (танки) или решетчатые карманы, размещенные в камерах с продуктами (рис. 6, 7).
Рис. 6. Льдосоляной холодильник с решетчатыми карманами:
1 - холодильная камера, 2 - тамбур, 3 - подсобное помещение, 4 - решетчатый карман для льдосоляной смеси, 5 - люк для загрузки льда и соли, 6 - желоб для сбора рассола, 7 - труба для отвода рассола.
Карманы загружают льдом и солью через люк 5 в перекрытии. Ограждение карманов 4выполняют в виде жалюзи. Воздух проходит по щелям в карманах, соприкасаясь с льдосоляной смесью и охлаждается до -10…-120С. Для улучшения циркуляции воздуха нередко перед карманом устанавливают направляющий щит. Под карманом располагают поддон для сбора образовавшегося рассола и отвода его в канализацию (6 и 7). На рисунке 7: 1 – люк; 2 – направляющий щит; 3 – ящик-карман; 4 – поддон для сбора рассола.
Поверхность льда в решетчатых карманах непостоянна и уменьшается по мере таяния смеси. Для создания равномерной концентрации по высоте рекомендуется нижнюю треть объема кармана загружать чистым льдом, середину – смесью льда с 40% примешиваемой соли и верхнюю треть – смесью льда с оставшимися 60% соли.
Холодильники с металлическими баками.
б) с пристенными баками; в) с потолочными баками.
Приборами охлаждения в холодильниках служат баки из оцинкованной стали толщиной 2 мм, загруженные льдосоляной смесью. Баки 1 могут быть пристенные и потолочные. В них предусмотрена переливная труба 2 для поддержания постоянного уровня заполнения рассолом и постоянной поверхности охлаждения. Для лучшей циркуляции воздуха устанавливают щиты 3. Рассол из баков выпускают через сливную трубу 4. Охлаждение с помощью баков имеет недостатки: коррозия стальных стенок бака и возможность протечки рассола, образование инея на поверхности баков. При сетные и решетчатые карманы занимают полезную площадь (примерно 25%), а потолочные – полезную высоту камеры.
Холодильники с циркуляцией рассола.
Камеры охлаждаются холодным рассолом, образовавшимся при таянии льдосоляной смеси в отдельно стоящем баке. Вынесенные за пределы холодильных камер емкости для соляной смеси позволяют более рационально использовать их объем.
Циркуляция рассола в этих системах льдосоляного охлаждения бывает принудительная и естественная.
|
|
|
